Celebrazione di sessant'anni di scienza polare

Il British Antarctic Survey (BAS) fornisce e rende possibile una ricerca interdisciplinare di livello mondiale nelle regioni polari. Grazie alla sua ampia capacità logistica, il BAS offre alla comunità scientifica britannica e internazionale l'accesso alle operazioni di ricerca polare del Regno Unito. Quest'anno festeggia 60 anni di successi scientifici.

Mentre la sua nuova nave da ricerca, la RRS Sir David Attenborough, è partita alla volta dell'Antartide per una nuova stagione scientifica, la Senior Lab Manager, Elaine Fitzcharles, spiega cosa comporta la creazione e la gestione di un laboratorio galleggiante all'avanguardia.

Il Regno Unito ha una lunga storia di scoperte e imprese scientifiche in Antartide e il British Antarctic Survey è stato istituito formalmente nel 1962, ma da allora si è notevolmente evoluto in termini di dimensioni e portata. Oggi opera a Cambridge, in Antartide e nell'Artico.

Lo svolgimento di ricerche interdisciplinari di livello mondiale nelle regioni polari richiede capacità logistiche e know-how estesi e specializzati. Il BAS impiega circa 500 persone in ruoli scientifici, operativi e di supporto con competenze in una vasta gamma di discipline. Dispone di cinque stazioni di ricerca in Antartide, tra cui due nella Georgia del Sud subantartica, e di una stazione di ricerca nell'Artico finanziata dal NERC e gestita e operata dal BAS. Dispone inoltre di numerose navi e veicoli, tra cui la Royal Research Ship - RRS Sir David Attenborough, rinforzata dal ghiaccio, e di una flotta di aerei e veicoli appositamente adattati. L'infrastruttura di ricerca polare serve i propri scienziati e quelli della comunità scientifica internazionale. Rimanere all'avanguardia nell'esplorazione di queste regioni richiede anche attrezzature di ricerca di alta qualità.

La scienza in mare

La RRS Sir David Attenborough è una delle navi da ricerca polare più avanzate al mondo. Questa nave all'avanguardia è stata progettata per supportare la ricerca scientifica in ambienti estremi. Un'ampia gamma di strutture scientifiche specializzate, strumenti e laboratori consentono di studiare l'oceano, il fondale marino, il ghiaccio e l'atmosfera

Elaine Fitzcharles, Senior Lab Manager, supervisiona lo sviluppo e il funzionamento di tutte le strutture di laboratorio del portafoglio BAS. Lei e il suo team sono stati responsabili dell'equipaggiamento dei laboratori della nuova nave. Ora è responsabile della gestione delle forniture e del buon funzionamento dei laboratori di bordo durante le spedizioni.

"In termini di strutture, la RRS Sir David Attenborough è più una stazione di ricerca galleggiante che una nave da ricerca", ha dichiarato. "La sua capacità è incredibile. Abbiamo a bordo strutture che non avevamo mai avuto prima. Inoltre, può uscire in mare per un periodo più lungo rispetto a qualsiasi altra nave, il che ci offre la possibilità di andare in aree in cui non siamo mai stati prima".

"La nave offre un'ottima piattaforma per il lancio di veicoli remoti, come droni, veicoli aerei senza equipaggio, sottomarini automatici ecc. "Questi possono raggiungere aree più lontane senza aumentare in modo significativo il consumo di energia, il che è fondamentale per noi"

L'Antartide è uno dei pochissimi luoghi del pianeta in cui si possono ancora trovare alcune cose naturali che l'uomo non ha mai visto prima.

"È estremamente promettente poter andare in posti nuovi, poter guardare sotto il ghiaccio e vedere cosa c'è sul fondo del mare", ha detto Elaine. "In qualità di biologa, è davvero entusiasmante sapere che abbiamo la capacità di fare cose che non abbiamo mai fatto prima con le nuove strutture a bordo. I nostri scienziati possono fare più analisi sulla nave. Ora possiamo analizzare materiale fresco, invece di doverlo conservare. E gli scienziati possono ottimizzare la produttività del loro tempo grazie a crociere più lunghe"

"L'equipaggiamento della nave è stato interessante per me, perché prima ero abituata a lavorare nei laboratori sulla terraferma", ha osservato. "È necessario comprendere la terminologia legata alle navi, che è completamente diversa. E ci sono regole e normative diverse che a volte richiedono l'interpretazione di esperti"

Lavorare sulle onde

Le attrezzature per il laboratorio dovevano essere accuratamente selezionate e fissate tenendo conto del movimento della nave. "Una delle considerazioni pratiche più importanti per qualsiasi attrezzatura è che bisogna tenere conto del movimento e delle vibrazioni della nave", ha spiegato Elaine. "Come nave, è una piattaforma molto stabile, ma si muove comunque"

Ci sono alcune attrezzature che non possono essere utilizzate o che si rivelano molto difficili da usare a bordo di una nave. Cose come le bilance non sono pratiche perché non c'è abbastanza stabilità per loro. Tutte le attrezzature del laboratorio devono essere fissate. E tutte le sostanze chimiche utilizzate per la ricerca devono essere tenute in posizione.

"È un modo diverso di lavorare che richiede una grande preparazione", ha detto Elaine. dobbiamo assicurarci che gli scienziati abbiano con sé tutto ciò di cui hanno bisogno durante la spedizione"

Grazie a una profonda considerazione delle loro esigenze e delle sfide che i loro scienziati devono affrontare, e in particolare delle questioni ambientali legate al lavoro nell'ambito del Trattato Antartico, BAS ha acquisito esperienza nella scienza sostenibile.

"Spesso altri scienziati ci chiedono che cosa sia meglio acquistare in termini di materiali di consumo per garantire la durata e l'ambiente", ha detto Elaine. "Ci sono cose che non possiamo portare in spedizione. Ad esempio, il mercurio elementare, utilizzato in alcuni termometri. Cose del genere aggiungono un livello di complessità alla pianificazione scientifica"

"Una delle considerazioni pratiche più importanti per qualsiasi apparecchiatura è che bisogna tenere conto del movimento e delle vibrazioni della nave"

Design compatto del laboratorio

Le dimensioni e lo spazio sono particolarmente limitati su una nave che non ha la possibilità di ampliare fisicamente le strutture. Anche se la RRS Sir David Attenborough è una nave molto più grande delle precedenti navi da ricerca del British Antarctic Survey (RRS Ernest Shackleton e RRS James Clark Ross), le dimensioni sono comunque limitate.

"Dovevamo assicurarci di utilizzare al meglio lo spazio a disposizione a bordo durante lo sviluppo e nell'uso quotidiano, quindi era necessario attrezzare il laboratorio della nave nel modo più compatto possibile", ha dichiarato Elaine. "Inoltre, abbiamo volutamente pensato al futuro. Questa nave è stata progettata per servire la scienza per i prossimi 25-30 anni. Dovevamo quindi assicurarci di includere le cose giuste per il suo futuro"

Manutenzione delle attrezzature di laboratorio in ambiente marino La manutenzione delle attrezzature richiede ulteriori considerazioni quando si opera in un laboratorio oceanico.

"Non è possibile portare un ingegnere sulla nave durante una spedizione, quindi bisogna assicurarsi che gli scienziati a bordo dispongano di scorte adeguate di materiali di consumo, di parti di ricambio e di assistenza, nonché di manuali completi", ha detto. "È essenziale avere un'ottima assistenza da parte dei fornitori del Regno Unito per le riparazioni che potrebbero rendersi necessarie mentre gli scienziati sono in mare. L'equipaggio della nostra nave è altamente qualificato, quindi le sue competenze sono disponibili a bordo, ma ha bisogno del supporto dei fornitori per sapere come completare alcune riparazioni. E se un pezzo di attrezzatura si guasta, potrebbero potenzialmente perdere un'intera stagione scientifica, il che è un duro colpo. Devono potersi fidare di essere in grado di fornire la scienza"

"L'affidabilità è fondamentale. Abbiamo bisogno di fornitori affidabili. Dobbiamo sapere che le cose funzioneranno. Che le cose saranno dove devono essere quando necessario. Dobbiamo poterci fidare di ciò che inviamo a bordo", ha continuato. "Alla fine della giornata, siamo responsabili della sicurezza delle persone, quindi l'affidabilità di tutto è fondamentale"

Accesso limitato

La sfida più importante per Elaine e il suo team è la necessità di lavorare a distanza, gestendo la scienza da Cambridge, nel Regno Unito, con un accesso limitato alla nave vera e propria.

"Abbiamo accesso alla nave due volte l'anno, quando è nel Regno Unito", spiega Elaine. "Dobbiamo assicurarci di aver pianificato e preparato tutto per quell'accesso. Oltre a questo, forniamo anche un supporto continuo alle persone sulla nave e alle stazioni, ma la distanza è una sfida. È questo che lo rende interessante, ma è comunque una sfida. E dobbiamo anche affrontare restrizioni in termini di tempo, che possono richiedere cambiamenti nei nostri piani all'ultimo minuto"

"Inoltre, COVID-19 ha rappresentato una sfida particolare, in termini di tentativo di spostare le persone da una parte all'altra del pianeta", ha aggiunto. "Stiamo ancora sperimentando gli effetti della pandemia e dobbiamo pensare a come far salire e scendere le persone e mantenerle al sicuro da COVID"

Test dell'equipaggiamento a bordo

La RRS Sir David Attenborough ha effettuato prove scientifiche polari per testare le capacità scientifiche della nave durante i mesi di febbraio e marzo.

"Quest'anno la nave ha effettuato prove in acque polari, il che significa che gli scienziati a bordo testeranno le capacità della nave per assicurarsi di avere la migliore piattaforma per la scienza in futuro"

A bordo della nave ci sono esperti di oceanografia fisica, biologia pelagica e bentonica profonda, che indagheranno rispettivamente sulla vita nella colonna d'acqua e sulla vita sul fondo marino. Altri esploreranno il "carbonio blu", ovvero il carbonio catturato nell'oceano. Un altro gruppo sulla nave si occuperà della ricerca sull'influenza dei metalli in traccia, come il ferro, sulla biologia polare. Inoltre, per tutta la stagione di ricerca antartica verranno raccolti dati oceanografici, in modo che il BAS possa vedere come cambiano le correnti e monitorare le variazioni di temperatura e salinità.

"Si tratta di vedere cosa succede in Antartide, perché ha un impatto sul resto del mondo", ha detto Elaine. "Tutto è legato in qualche modo al cambiamento climatico, sia che si tratti di monitorare ciò che sta accadendo, sia che si tratti di osservare come le cose sono cambiate o come possono adattarsi"

"Raccoglieremo molti campioni: acqua di mare, campioni di sedimenti dal fondale marino e tutti gli invertebrati presenti nell'acqua. Occasionalmente, prendiamo qualche pesce, ma per lo più si tratta di invertebrati marini. Abbiamo bisogno di sapere cosa abbiamo per capire l'ecosistema attuale", ha detto Elaine. "Riporteremo anche dalle stazioni tutto ciò che viene raccolto durante l'anno: piante, altri sedimenti, materiale come piume di uccelli marini, campioni di foche, come gli escrementi, e guano di pinguino. E, naturalmente, anche il ghiaccio, questa volta"

Conservazione dei campioni

Per le analisi più complesse, molti campioni devono essere conservati e riportati nel Regno Unito, o altrove per altre collaborazioni internazionali, per ulteriori studi.

"Dobbiamo riportare i campioni a -80°C perché gli organismi antartici sono altamente adattati a vivere al freddo. La conservazione a -20°C non disattiva i loro enzimi e il materiale del campione si degrada", spiega Elaine. "Alcuni organismi possono essere ancora vivi a -20°C (in stato di ibernazione). È quindi fondamentale per noi avere una capacità di conservazione a -80°C, soprattutto perché ora sono richieste analisi più avanzate"

"Poiché abbiamo investito molto tempo e denaro per raccogliere questi campioni, dobbiamo assicurarci di poter offrire le migliori condizioni per riportarli nel Regno Unito", ha aggiunto. "Abbiamo bisogno della massima affidabilità. Quando abbiamo scelto i congelatori a 80°C per il laboratorio della nave, abbiamo cercato l'efficienza energetica e i doppi compressori per ottenere la massima affidabilità nelle prestazioni, perché in caso di problemi, le nostre possibilità di intervento sono limitate. Abbiamo quindi dovuto trovare un equilibrio tra questi due aspetti: l'efficienza energetica è fondamentale per noi e il sistema a doppio compressore garantisce una maggiore sicurezza"

Il BAS ha almeno due decenni di materiale conservato in congelatori a -80°C.

"Credo che il materiale più vecchio che abbiamo abbia circa 20 anni", ha detto Elaine. "Quindi, è un sacco di scienza che conserviamo! È un archivio significativo. Riflette il valore di ciò che le persone fanno in termini di studi di monitoraggio a lungo termine per capire davvero come gli organismi nell'Antartico in particolare vengono influenzati dai cambiamenti di temperatura e dai cambiamenti dei livelli di CO2, esplorando come questi influenzano il loro metabolismo e studiando la loro genetica per cercare di capire l'impatto sulle specie chiave, come il krill"

"Il krill è la base fondamentale della catena alimentare per tutti i predatori superiori ed è un'area vitale in cui svolgiamo molte ricerche a lungo termine", ha proseguito la ricercatrice. "I campioni devono tornare a -80°C, altrimenti si degradano. Si degrada nel momento stesso in cui lo si toglie dal congelatore. Poter riportare il materiale e conservarlo a -80°C ci ha permesso di fare scienza che altrimenti non avremmo potuto fare a causa degli organismi con cui lavoriamo"

Conservazione per il massimo valore scientifico

La RRS Sir David Attenborough ha a bordo ingegneri marini, responsabili dei dati e specialisti informatici, per garantire che la nave dia il meglio di sé. E che tutto ciò che viene raccolto... dai campioni ai dati.... sia conservato in modo adeguato, in modo da avere il massimo valore scientifico.

"Per gestire qualcosa di questa portata, è necessario un team completo e diversificato per assicurarsi di ottenere il miglior rapporto qualità-prezzo per quello che si sta facendo", ha detto Elaine. "Dobbiamo assicurarci di integrarci molto bene con i diversi team e con i fornitori, ma è un momento molto, molto eccitante per noi che vediamo la nave e il team realizzare il loro potenziale"